上世紀(jì) 60 年代，氫燃料電池就已經(jīng)被成功地應(yīng)用在“阿波羅”飛船上；歷經(jīng)半個(gè)世紀(jì)之后，氫燃料電池技術(shù)才被應(yīng)用到汽車動(dòng)力系統(tǒng)中來，并被多個(gè)國家列為能源戰(zhàn)略。那么與純電動(dòng)汽車相比，氫能源汽車有何優(yōu)劣勢？

氫燃料電池技術(shù)有著「零污染」優(yōu)點(diǎn)，相較于純電動(dòng)車型，它沒有笨重的電池組，也沒有大容量電池的壽命、成本，以及高污染的問題；更重要的是，氫燃料車型不需要改變「補(bǔ)能」習(xí)慣，加氫速度基本與加油時(shí)間相當(dāng)，自然也就沒有續(xù)航里程方面的焦慮。問題來了，既然氫燃料電池汽車能夠完美解決純電動(dòng)汽車的痛點(diǎn)，為何國內(nèi)還要優(yōu)先發(fā)展純電動(dòng)汽車，而不是氫燃料電池車呢？

因?yàn)橹袊侨蜾嚨V儲(chǔ)量較大的國家，豐富的鋰礦資源能夠支撐起新能源汽車的原材料需求。不過，在國內(nèi)的電力結(jié)構(gòu)中，火電的比例長期接近 80%，即便目前中國的火力發(fā)電能效和排放水平已經(jīng)達(dá)到全球最好水平，但仍然存在環(huán)保爭議。因此，當(dāng)核能的安全性還存在爭議，國內(nèi)風(fēng)電和光伏能源比例較低時(shí)，那就需要我們另謀一條「非純電」的道路了。

雖然氫燃料電池技術(shù)足夠環(huán)保，但并沒有在世界各地廣泛普及，目前僅有豐田 Mirai、本田 Clarity Fuel Cell 和現(xiàn)代 NEXO 三款氫燃料電池汽車被應(yīng)用到民用市場。除了基礎(chǔ)建設(shè)、材料成本等影響到該技術(shù)的廣泛普及，還有一個(gè)讓人又愛又恨的名字叫「專利」。

▲ 豐田 Mirai

早在 1992 年，豐田就開始研發(fā)燃料電池汽車技術(shù)，并在全球申請了 2 萬多項(xiàng)相關(guān)專利。2015 年初，豐田公司突然宣布將無償開放 5,680 項(xiàng)燃料電池相關(guān)專利，其中包括：燃料電池、儲(chǔ)氫罐電池控制系統(tǒng)等方面的專利。

近 30 年的研發(fā)，如今豐田將專利無償開放，豐田究竟在打怎樣的算盤？這件事并非表面看得這么簡單。

▲ 現(xiàn)代 NEXO

豐田敢于開放氫燃料電池專利，原因之一是豐田對自家技術(shù)的自信，車企想通過豐田的專利共享從而實(shí)現(xiàn)「彎道超車」依然有很大難度；第二個(gè)原因是氫燃料電池汽車的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈很長、很復(fù)雜，且基礎(chǔ)設(shè)施（加氫站）不完善，一家獨(dú)大的豐田面臨著制造成本居高不下的現(xiàn)實(shí)，根本不能形成產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；?yīng)。

▲ 本田 Clarity Fuel Cell

「開放專利技術(shù)，讓更多車企加入」，這看起來更像是豐田在借他人之手培育市場，但無疑也是一件好事。近十年來，上汽、北汽、長城、長安、奇瑞、東風(fēng)等車企陸續(xù)加入氫燃料電池的研發(fā)中，五年前，他們開始嘗到豐田專利技術(shù)的甜頭。

例如：著眼于未來 10 年的長城檸檬平臺(tái)將搭載氫燃料動(dòng)力；寶馬將于 2022 年使用豐田單體燃料電池，實(shí)現(xiàn) i Hydrogen NEXT 車型小范圍量產(chǎn)。而廣汽埃安 LX Fuel Cell 走在了國產(chǎn)氫能源汽車隊(duì)伍的最前列。

埃安 LX Fuel Cell 享用了豐田 Mirai 同源技術(shù)，而且新車計(jì)劃將于 2020 年底投入示范運(yùn)營，工信部發(fā)布的今年第 12 批新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄中，我們已發(fā)現(xiàn)了它的身影，這也意味著國內(nèi)的氫燃料汽車和加氫設(shè)備已準(zhǔn)備進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的發(fā)展階段了。

埃安 LX Fuel Cell 基于廣汽 GEP 2.0 平臺(tái)開發(fā)，外觀與埃安 LX 車型相似，其搭載了廣汽自主集成開發(fā)的氫燃料電池系統(tǒng)，其額定功率超過 68kW，最高效率達(dá) 62.2％，3-5 分鐘即可完成氫氣加注，綜合工況續(xù)航超過 650 公里（與埃安 LX 80 版相同）。

▲ 廣汽 GEP 2.0 平臺(tái)

官方資料顯示，埃安 LX Fuel Cell 搭載兩個(gè) 70MPa 的高壓儲(chǔ)氫罐，容量分別為 53L 和 77L，最多可存儲(chǔ) 5.2kg 氫氣。動(dòng)力電池使用的是寧德時(shí)代的鋰電池組，而燃料電池系統(tǒng)的核定功率為 70kW，峰值輸出功率為 150kW，永磁電機(jī)的峰值扭矩為 350Nm。另外，在零下 30℃ 環(huán)境中，整車無需外部熱源即可實(shí)現(xiàn)一鍵冷啟動(dòng)，續(xù)航里程也會(huì)不縮水。這里出現(xiàn)了一系列大家較為陌生的名詞和數(shù)據(jù)，什么意思呢？那就要從氫燃料電池的工作原理說起了。

氫燃料電池汽車是利用氫氣與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)，氫和氧反應(yīng)物只有水，它能做到真正意義的零污染。但由于氫氣質(zhì)量輕、逃逸性好，所以儲(chǔ)氫罐需要達(dá)到很高的存儲(chǔ)壓力，埃安 LX Fuel Cell 的儲(chǔ)氫罐內(nèi)部設(shè)計(jì)壓力達(dá)到了 70MPa，相當(dāng)于大約 700 倍的大氣壓，當(dāng)然，如此高壓的氫氣也無法直接使用，需要在儲(chǔ)氣罐上設(shè)置兩個(gè)減壓閥為氫氣減壓。

▲ 埃安 LX Fuel Cell 氫燃料電池系統(tǒng) 

解決氫氣的問題之后，還要解決氧氣的問題，這里又涉及兩個(gè)問題：第一，空氣有粉塵顆粒的污染源；第二，大氣壓力太小，氧氣濃度太低。因此，空氣需要經(jīng)過過濾，再用空氣壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，得到干凈的壓縮空氣、減壓的氫氣，并一起送到燃料電池堆進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。

實(shí)際上，燃料電池并非傳統(tǒng)意義上的儲(chǔ)能電池，確切的說，稱之為「化學(xué)發(fā)電機(jī)」更貼切。氫和氧在燃料電池系統(tǒng)中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行發(fā)電，并直接輸出直流電，但這個(gè)直流電容易被干擾且不穩(wěn)定，所以，又需要加入 DC/DC 轉(zhuǎn)換器來穩(wěn)定電流電壓。最后，一部分直流電被送到動(dòng)力電池進(jìn)行存儲(chǔ)，另一部分直流電與動(dòng)力電池輸出的電能進(jìn)行耦合，再輸送到電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛。

可見，氫燃料電池技術(shù)是通過化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)它的能量轉(zhuǎn)化率，而能量轉(zhuǎn)化越高，也就意味著汽車的能效越高、越節(jié)能。當(dāng)前，汽油機(jī)全球最高的熱效率是 47.2%（本田的工程樣機(jī)）；濰柴動(dòng)力的量產(chǎn)柴油機(jī)熱效率突破 50%（領(lǐng)先于全球）；氫燃料電池的效率可以接近 60%，而埃安 LX Fuel Cell 則實(shí)現(xiàn)了 62.2％ 的最高效率，要知道，燃料電池要比內(nèi)燃機(jī)的的歷史短得多。

科技往往是一把雙刃劍，當(dāng)純電動(dòng)汽車為人類帶來便利的同時(shí)，自燃事故也讓大家對新能源汽車心存疑慮。那么，氫燃料電池汽車也會(huì)存在危險(xiǎn)性嗎？理論上，氫氣著火或爆炸屬于「核聚變」的化學(xué)反應(yīng)，如果沒有超級高溫、高壓，核聚變根本是不會(huì)發(fā)生事故。

雖然它依然存在風(fēng)險(xiǎn)性，但在很早之前，汽車工程師已經(jīng)使用多層玻璃纖維強(qiáng)化樹脂，以及碳纖維增強(qiáng)樹脂夾層等高強(qiáng)度復(fù)合材料的設(shè)計(jì)，進(jìn)而保障儲(chǔ)氫罐的強(qiáng)度。有實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在火燒的情況下，這類儲(chǔ)氫罐還可以同時(shí)抵抗自動(dòng)步槍的射擊而不爆破，這恐怕是普通油箱達(dá)不到水平，想想那些警匪片的電影橋段。其次，兩個(gè)儲(chǔ)氫罐分別布置在最不容易受到撞擊的后排座椅下方和后方，而后排座椅靠背的后方區(qū)域則強(qiáng)化了防撞結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，安全性又進(jìn)一步提升。

隨著氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)的興起并逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，超過 20 個(gè)國家將氫/燃料電池列為能源戰(zhàn)略規(guī)劃。未來，純電動(dòng)汽車將會(huì)被氫燃料電池汽車所取代嗎？從技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展趨勢來看，這兩種形式的新能源汽車可以共存：純電動(dòng)汽車更適用于城市、短途、乘用車等領(lǐng)域；而氫燃料電池汽車更適用于長途、大型、商用車等領(lǐng)域，因?yàn)楹笳咚婕暗幕A(chǔ)建設(shè)成本、安全因素比加油站、充電站高得多，所以應(yīng)用前期不可能被大面積投放到民用市場。

雖然氫燃料電池的許多技術(shù)難關(guān)都已經(jīng)被攻克，但想要大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)用，目前仍存在「氫制備」和「氫存儲(chǔ)」兩只“攔路虎”。未來五年內(nèi)，它要走的路依然很漫長，好在有像埃安 LX Fuel Cell 這樣的先行者持續(xù)推動(dòng)著國內(nèi)氫燃料電池技術(shù)的發(fā)展。

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